專利名稱：用煤矸石生產氧化鋁聯產碳酸鈉的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產氧化鋁的同時聯產碳酸鈉的方法，尤其是以煤矸石為原料， 經酸堿聯合法生產冶金級氧化鋁和碳酸鈉的工藝。
背景技術：
煤矸石簡稱矸石，是煤炭生產過程中的廢棄物。目前，煤矸石是我國年排放量和累 計堆放量最大的工業廢棄物，其排放量約占工業固體廢棄物總量的40%以上。煤矸石的主 要礦物組成有高嶺土、石英、蒙脫石、長石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁等。我國的煤矸 石主要以高嶺巖系為主，有些產煤區，如內蒙古鄂爾多斯地區，煤矸石中除高嶺石外，還有 波姆石，其煅燒后氧化鋁含量可達40%以上，是十分寶貴的鋁資源。在我國的很多產煤區，尤其是內蒙古鄂爾多斯地區，煤炭產業和一些高耗能產業 集中在一個工業區內發展，形成了許多煤炭-電力-電石-氯堿-聚氯乙稀(PVC) —體化 的工業園。在這些工業園區內，煤炭產業排放的煤矸石堆積于園區；電石生產過程中產生的 二氧化碳排放于大氣；氯堿行業產生的氫氧化鈉需要進一步生產成為碳酸鈉出售；PVC生 產過程中產出的副產鹽酸較難利用，處理成本很高。如果能夠充分利用這些工業園區內的 廢棄物及副產品物料條件，將煤矸石中的氧化鋁低成本提取出來，則會形成整個工業園區 內的產業鏈大循環。在我國大力提倡循環經濟、節能減排及鋁土礦資源日益貧乏的今天，該 產業鏈循環無疑會具有極好的經濟效益和社會效益。目前報道的以煤矸石為原料提取氧化鋁的方法有酸法、堿法、混鹽法、電鋁水泥法 四類。其中堿法工藝可以用于制備低鐵氧化鋁，但是堿法工藝的缺點是堿溶的過程中易將 矸石中的二氧化硅溶解出來，須增加工序對硅鋁進行分離。采用酸法不會將硅溶出，但其缺 點是在提取氧化鋁的過程中，由于矸石中存在的鐵、鈦等均易溶于酸，因此通常需要進一步 除雜。另一種提純氧化鋁的方法為鹽析法，如專利CN1126177公開了一種鹽析法生產氧化 鋁，CN1083023公開了一種酸析法氧化鋁改進工藝，通過向酸浸煤矸石得到的氯化鋁溶液中 通入氯化氫氣體的方法得到氯化鋁結晶。鹽析法的環境污染較為嚴重，酸霧過大，制備氧化 鋁需要多次鹽析，工藝流程過長。同時，對于影響冶金級氧化鋁品級的最重要雜質鐵無法去 除。。此外，其它經酸法以煤矸石為原料提取氧化鋁的專利有CN101209849公開了一種煤 矸石提取氧化鋁的新工藝，CN101234774公開了一種由煤系高嶺巖或煤矸石制備氧化鋁的 方法，CN1920067公開一種從高硅含鋁礦物原料中酸法提取鋁的方法，這些發明中均未進行 除鐵處理，因此對原料的純度要求較高，且產品的純度不能保證。
發明內容
本發明的目的就是充分利用鄂爾多斯地區煤炭_電力-電石-氯堿-PVC —體化 工業園內的多種廢棄物及副產品，針對現有技術的不足，提供一種以園區內廢棄物及副產 品煤矸石、二氧化碳、氫氧化鈉及鹽酸為原料來生產氧化鋁并聯產碳酸鈉的方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的
用煤矸石生產氧化鋁聯產碳酸鈉的方法，包括以下順序和步驟a、將煤炭生產中產出的煤矸石粉碎至200目以下，在700 900°C焙燒爐中煅燒活 化0. 5 2. 0小時，得到活化煤矸石灰渣；b、將煅燒活化后的灰渣置于耐酸反應釜中，加入濃度為22 31wt% PVC產業副產 鹽酸，HC1和灰渣中氧化鋁的摩爾比為4 1 9 1，反應的溫度為100 200°C，反應時 間為0. 5 4. 0小時，壓力0. 1 2. 5MPa，制備成酸浸液；c、酸浸液經固液分離與洗滌，得到氯化鋁酸浸液；d、將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內進行負壓濃縮，濃縮壓力為-0. 03 -0. 05MPa, 濃縮溫度為50°C 110°C，濃縮6-8小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析 出結晶氯化鋁，當析出的晶體達到原氯化鋁酸浸液重量的40% -65%時停止析出，剩余的 母液返回氯化鋁酸浸液重新進行濃縮結晶，經帶式真空過濾機過濾得到結晶氯化鋁；e、結晶氯化鋁煅燒分解制備粗氧化鋁，將結晶氯化鋁放入溫度300°C 500°C高 溫爐中煅燒分解1 2小時，得到粗氧化鋁，煅燒生成的氯化氫氣體在吸收塔內循環吸收；f、將粗氧化鋁粉磨到200目左右，放入耐壓反應釜中，加入濃度為180-240克/升 氫氧化鈉溶液，按粗氧化鋁與氫氧化鈉1. 5 2. 0 1的質量比加入，在130°C 220°C條 件下進行1 2小時堿溶，生成偏鋁酸鈉，鐵、鈦不溶物和其他雜質形成赤泥，經固液分離、 洗滌后獲得偏鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應釜中重復利用；g、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數0. 1 0.3%，并以150 200 毫升/分鐘的流量通入二氧化碳氣體，不斷攪拌，反應終點pH = 9. 0，反應初溫70°C -80°C， 反應終溫35°C -40°C，反應時間50-60小時，使偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀，同時生成 碳酸鈉溶液，經固液分離后得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液經濃縮結晶后制 備成碳酸鈉產品；h、氫氧化鋁經1100°C -1300°C煅燒爐中煅燒1. 0-2. 0小時，制得冶金級氧化鋁。有益效果本發明用鄂爾多斯市工業園區采煤廢棄的煤矸石作為原料，經酸堿聯 合法生產氧化鋁，通過先酸后堿的方法，避免引入氧化硅雜質，又除去了產品中的鐵、鈦等 雜質，在獲得冶金級氧化鋁產品的同時生產碳酸鈉。在生產過程中，充分利用了鄂爾多斯市 工業園區氯堿工業的氫氧化鈉，聚氯乙烯廠的副產品鹽酸，電石廠生產過程中排放的二氧 化碳廢氣，形成了工業園區內的產業鏈大循環。本發明與現有技術相比，使污染物得到了綜 合利用，減少了鄂爾多斯市工業園區的工業污染，獲得了有用產品，提高了經濟效益，生產 工藝簡單，生產過程易于控制，氧化鋁提取率高，生產成本低，產品質量穩定。
附圖煤矸石制備氧化鋁聯產碳酸鈉工藝流程圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例作進一步的詳細說明用煤矸石生產氧化鋁聯產碳酸鈉的方法，包括以下順序和步驟a、將煤矸石粉碎至200目以下，在700 900°C焙燒爐中煅燒活化0. 5 2. 0小 時，得到活化煤矸石灰渣；
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b、將煅燒活化后灰渣待冷卻后置于耐酸反應釜中，加入濃度為22 31wt%鹽酸， HC1與灰渣中氧化鋁的摩爾比為4 1 9 1，反應的溫度為100 200°C，反應時間為 0. 5 4. 0小時，壓力0. 1 2. 5MPa，制備成酸浸液；c、酸浸液經固液分離與洗滌，得到氯化鋁酸浸液d、將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內進行負壓濃縮，濃縮壓力為-0. 03 -0. 05MPa, 濃縮溫度為50°C 110°C，濃縮6-8小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析 出結晶氯化鋁，當析出的晶體達到原氯化鋁酸浸液重量的40% -65%時停止析出，剩余的 母液返回氯化鋁酸浸液重新進行濃縮結晶，經帶式真空過濾機過濾得到結晶氯化鋁；e、結晶氯化鋁煅燒分解制備粗氧化鋁，將結晶氯化鋁放入溫度300°C 500°C高 溫爐中煅燒分解1 2小時，得到粗氧化鋁，煅燒生成的氯化氫氣體在吸收塔內循環吸收；f、將粗氧化鋁粉磨到200目左右，放入耐壓反應釜中，加入濃度為180-240克/升 氫氧化鈉溶液，按粗氧化鋁與氫氧化鈉1. 5 2. 0 1的質量比加入，在130°C 220°C條 件下進行1 2小時堿溶，生成偏鋁酸鈉，鐵、鈦不溶物和其他雜質形成赤泥，經固液分離、 洗滌后獲得偏鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應釜中重復利用；g、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數0. 1 0.3%，并以150 200 毫升/分鐘的流量通入二氧化碳氣體，不斷攪拌，反應終點pH = 9. 0，反應初溫70°C -80°C， 反應終溫35°C -40°C，反應時間50-60小時，使偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀，同時生成 碳酸鈉溶液，經固液分離后得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液經濃縮結晶后制 備成碳酸鈉；h、氫氧化鋁經1100°C -1300°C煅燒爐中煅燒1. 0-2. 0小時，制得冶金級氧化鋁。實施例1取鄂爾多斯市工業園區廢棄的煤矸石lOOKg，粉碎至250目，在循環流化床焙燒爐 中于900°C煅燒0.5小時，得到灰渣。待冷卻后，放入耐酸反應釜，加入鄂爾多斯市工業園 區聚氯乙烯(PVC)廠的副產品鹽酸進行酸溶反應，鹽酸濃度為28%，每公斤灰渣加入2. 5 升鹽酸，反應的溫度150°C，壓力1. OMPa,反應2小時。反應產物經板筐壓濾機壓濾洗滌后， 制得氯化鋁酸浸液。將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內，于壓力-0. 04MPa，溫度90°C條件下濃 縮8小時，經濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下自然冷卻，經帶式真空過濾機過濾得 到結晶氯化鋁。將結晶氯化鋁置于煅燒爐中于400°C煅燒分解2小時得到粗氧化鋁。將粗 氧化鋁磨細到200目，置于耐壓反應釜中，將鄂爾多斯市工業園區氯堿廠氫氧化鈉溶液調 整濃度為220克/升，按每公斤粗氧化鋁加入3升氫氧化鈉溶液的量加入到反應釜中，加熱 到150°C反應2小時，待冷卻后，經過濾、洗滌得到偏鋁酸鈉溶液。向偏鋁酸鈉溶液中加入氫 氧化鋁晶種，晶種系數0.2%，通入鄂爾多斯市工業園區電石廠排放的二氧化碳氣體，氣體 流量200毫升/分鐘，控制pH = 9. 0，不斷攪拌。分解初溫70°C、分解終溫35°C、分解時間 50h ；反應完成后經帶式真空過濾機過濾洗滌，得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液。碳酸鈉溶 液經濃縮結晶后制備成碳酸鈉產品；將氫氧化鋁在1200°C下煅燒2小時制得冶金級氧化鋁產品。實施例2a、取鄂爾多斯市工業園區廢棄的煤矸石lOOKg，將煤矸石粉碎至200目以下，在 700°C焙燒爐中煅燒活化2. 0小時，得到活化煤矸石灰渣；
b、將煅燒活化后的灰渣置于耐酸反應釜中，加入鄂爾多斯市工業園區聚氯乙烯 (PVC)廠的副產品鹽酸進行酸溶反應，濃度為31襯％鹽酸，每公斤灰渣加入1. 8升鹽酸，反 應的溫度為100°C，反應時間為1. 0小時，壓力2. OMPa，制備成酸浸液；c、酸浸液經固液分離與洗滌，得到氯化鋁酸浸液d、將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內進行負壓濃縮，濃縮壓力為-0. 03MPa，濃縮溫度 為50°C，濃縮6小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析出結晶氯化鋁，當析 出的晶體達到原氯化鋁酸浸液重量的50%時停止析出，剩余的母液返回氯化鋁酸浸液重新 進行濃縮結晶，經帶式真空過濾機過濾得到結晶氯化鋁；e、結晶氯化鋁煅燒分解制備粗氧化鋁，將結晶氯化鋁放入溫度300°C高溫爐中煅 燒分解1. 5小時，得到粗氧化鋁，煅燒生成的氯化氫氣體在吸收塔內循環吸收；f、將粗氧化鋁粉磨到200目左右，放入耐壓反應釜中，將鄂爾多斯市工業園區氯 堿廠生產的氫氧化鈉溶液調整濃度為180克/升，按每公斤粗氧化鋁加入3升氫氧化鈉溶 液的量加入到反應釜中，在130°C條件下進行1小時堿溶，生成偏鋁酸鈉，鐵、鈦不溶物和其 他雜質形成赤泥，經固液分離、洗滌后獲得偏鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應釜 中重復利用；g、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數0. 15，并以分鐘150毫升/分 鐘的流量通入鄂爾多斯市工業園區電石廠排放的二氧化碳氣體，不斷攪拌，反應終點pH = 9. 0，反應初溫80°C，反應終溫40°C，反應時間60小時，使偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀， 同時生成碳酸鈉溶液，經固液分離后得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液經濃縮 結晶后制備成碳酸鈉；h、氫氧化鋁經1300°C煅燒爐中煅燒1. 5小時，制得冶金級氧化鋁。實施例3a、取鄂爾多斯市工業園區廢棄的煤矸石lOOKg，將煤矸石粉碎至200目以下，在 800°C焙燒爐中煅燒活化1. 5小時，得到活化煤矸石灰渣；b、將煅燒活化后的灰渣置于耐酸反應釜中，加入鄂爾多斯市工業園區聚氯乙烯 (PVC)廠的副產品鹽酸進行酸溶反應，濃度為22襯％鹽酸，每公斤灰渣加入2. 5升鹽酸，反 應的溫度為200°C，反應時間為3. 0小時，壓力IMPa，制備成酸浸液；c、酸浸液經固液分離與洗滌，得到氯化鋁酸浸液d、將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內進行負壓濃縮，濃縮壓力為-0. 05MPa，濃縮溫度 為110°C，濃縮6小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析出結晶氯化鋁，當析 出的晶體達到原氯化鋁酸浸液重量的65%時停止析出，剩余的母液返回氯化鋁酸浸液重新 進行濃縮結晶，經帶式真空過濾機過濾得到結晶氯化鋁；e、結晶氯化鋁煅燒分解制備粗氧化鋁，將結晶氯化鋁放入溫度450°C高溫爐中煅 燒分解1. 5小時，得到粗氧化鋁，煅燒生成的氯化氫氣體在吸收塔內循環吸收；f、將粗氧化鋁粉磨到200目左右，放入耐壓反應釜中，將鄂爾多斯市工業園區氯 堿廠生產的氫氧化鈉溶液調整濃度為180克/升，按粗氧化鋁質量的2. 0倍加入到反應釜 中，在220°C條件下進行1.5小時堿溶，生成偏鋁酸鈉，鐵、鈦不溶物和其他雜質形成赤泥， 經固液分離、洗滌后獲得偏鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應釜中重復利用；g、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數0. 3%，并以180毫升/分鐘的
6流量通入鄂爾多斯市工業園區電石廠排放的二氧化碳氣體，不斷攪拌，反應終點PH = 9. 0， 反應初溫70°C，反應終溫35°C，反應時間50小時，使偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀，同時 生成碳酸鈉溶液，經固液分離后得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液經濃縮結晶 后制備成碳酸鈉； h、氫氧化鋁經1100°C煅燒爐中煅燒2. 0小時，制得冶金級氧化鋁。
權利要求
一種用煤矸石生產氧化鋁聯產碳酸鈉的方法，其特征在于，包括以下順序和步驟a、將煤矸石粉碎至200目以下，在700～900℃焙燒爐中煅燒活化0.5～2.0小時，得到活化煤矸石灰渣；b、將煅燒活化后的灰渣置于耐酸反應釜中，加入濃度為22～31wt％鹽酸，HCl與灰渣中氧化鋁的摩爾比為4∶1～9∶1，反應的溫度為100～200℃，反應時間為0.5～4.0小時，壓力0.1～2.5MPa，制備成酸浸液；c、酸浸液經固液分離與洗滌，得到氯化鋁酸浸液d、將氯化鋁酸浸液送入濃縮罐內負壓濃縮，濃縮壓力為-0.03～-0.05MPa，濃縮溫度為50℃～110℃，濃縮時間6-8小時，濃縮后的液體放入緩沖冷卻罐，在室溫下冷卻析出結晶氯化鋁，當析出的晶體達到原氯化鋁酸浸液重量的40％-65％時停止析出，剩余的母液返回氯化鋁酸浸液重新進行濃縮結晶，經帶式真空過濾機過濾得到結晶氯化鋁；e、結晶氯化鋁煅燒分解制備粗氧化鋁，將結晶氯化鋁放入溫度300℃～500℃高溫爐中煅燒分解1～2小時，得到粗氧化鋁，煅燒生成的氯化氫氣體在吸收塔內循環吸收；f、將粗氧化鋁粉磨到200目，放入耐壓反應釜中，加入濃度為180-240克/升氫氧化鈉溶液，按粗氧化鋁與氫氧化鈉1.5～2.0∶1的質量比加入，在130℃～220℃條件下進行1～2小時堿溶，生成偏鋁酸鈉，鐵、鈦不溶物和其他雜質形成赤泥，經固液分離、洗滌后獲得偏鋁酸鈉溶液，洗渣后的洗液返回到耐壓反應釜中重復利用；g、向偏鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，晶種系數0.1～0.3％，并以每分鐘150～200毫升/分鐘的流量通入二氧化碳氣體，不斷攪拌，反應終點pH＝9.0，反應初溫70℃-80℃，反應終溫35℃-40℃，反應時間50-60小時，使偏鋁酸鈉反應生成氫氧化鋁沉淀，同時生成碳酸鈉溶液，經固液分離后得到氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液；h、氫氧化鋁經1100℃-1300℃煅燒爐中煅燒1.0-2.0小時，制得冶金級氧化鋁，碳酸鈉溶液經濃縮結晶后制成碳酸鈉。
全文摘要
本發明涉及一種用煤矸石生產氧化鋁聯產碳酸鈉的方法。是將煤矸石煅燒活化后酸溶，制備成氯化鋁酸浸液，濃縮結晶制備結晶氯化鋁，經煅燒分解制成粗氧化鋁，經堿溶生成偏鋁酸鈉，鐵、鈦不溶物和其他雜質，經固液分離、洗滌得偏鋁酸鈉溶液，加入氫氧化鋁晶種，生成氫氧化鋁沉淀，同時生成碳酸鈉溶液，經固液分離得氫氧化鋁晶體和碳酸鈉溶液，經濃縮結晶后制成碳酸鈉，氫氧化鋁經煅燒制得冶金級氧化鋁。在生產過程中，充分利用了煤矸石產地氯堿工業的氫氧化鈉、PVC產業副產的鹽酸和電石廠排放的二氧化碳，減少了工業污染，獲得了有用產品，實現了資源的綜合利用。具有生產工藝簡單、生產過程易于控制、氧化鋁提取率高、生產成本低、產品質量穩定。
文檔編號C01D7/07GK101850998SQ201010202350
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月18日 優先權日2010年6月18日
發明者李楠, 楊殿范, 蔣引珊, 魏存弟 申請人:長春市超威新材料科技有限公司